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Elektronische Programmsteuerung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Programmsteuerung
zur beliebigen Anpassung der Arbeitstakte einer Werkzeugmaschine an ein jeweils
eingesetztes Werkzeug.
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Stand der Technik Zur Steuerung von Werkzeugmaschinen sind elektromeschanische
Programmsteuerungen bekannt, die vom Antrieb einer Maschine betätigt werden und
eine Schaltfolge zur Anpassung der Arbeitstakte derselben an das jeweils eingesetzte
Werkzeug erzeugen.
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In dem Katalog der Firma Balluff, Ausgabe 731, Seiten 79 bis 82 wird
z.B. ein Elektronikschaltwerk beschrieben, in dem auf einer beidseitig gelagerten
Welle Schaltscheiben aus geschliffenem Stahl angebracht sind. Diese sind paarweise
einem Näherungsinitiator zugeordnet, et, haben über einen Winkel von je 1800 einen
vergrößerten Durchmesser und lassen sich mit Hilfe eines Verstellwerkzeuges auf
der Achse und gegeneinander verdrehen. Der Zeitpunkt des Eintreffens und die Dauer
der von dem zugehörigen Näherungsinitiator erzeugten Impulse richtet sich somit
nach der Stellung der Steuerscheiben und nach dem eingestellten öffnungswinkel.
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Derartige Programmsteuerungen benötigen einen hohen Aufwand an Präzisionsmechanik,
eignen sich nur für geringe Drehzahlen der Maschine und erfordern viel Zeit für
die Umstellung auf ein anderes Programm.
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Weniger aufwendig ist ein optischer Nockenschalter, der in der Zeitschrift
wAutomatlk 1967, Nr. 12, Seite 450 beschrieben und dargestellt ist. Dieser enthält
eine Steuerwalze,
auf der sich selbstklebende, reflektierende Folienstreifen
befinden, die einer Anzahl als Reflextaster ausgebildeten Näherungsinitiatoren zugeordnet
sind. Die Umprogrammierung erfolgt durch Austausch oder Neubeklebung der Steuerwalze
mit Folienstreifen.
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Die genannten Programmsteuerungen benötigen für jeden Steuervorgang
je einen Näherungsinitiator und weisen gemeinsam den Nachteil auf, daß bei jeder
Umprogrammierung auf ein anderes Werkzeug die Umstellung oder der Austausch der
Programmwalze notwendig ist. Nachteilig hierbei ist, daß die Umstellung mit Hilfe
mechanischer Werkzeuge an der Maschine selbst vorgenommen werden muß. Außerdem ist
für den Austausch ein Vorrat an vorprogrammierten Walzen zu halten.
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Schließlich kann es leicht zu Fehlprogrammierungen durch Verwechslung
der Programme oder der Werkzeuge kommen. Die Folge ist eine Zerstörung der meist
sehr teuren Werkzeuge.
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Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische
Programmsteuerung zu schaffen, die sich ohne Zuhilfenahme mechanischer Werkzeuge
an einem von der Maschine abgesetzten Ort in sehr kurzer Zeit umstellen läßt.
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Weiterhin soll es möglich sein, Einrichtungen anschließen zu können,
die eine Zerstörung des Werkzeuges durch Fehlprogrammierung ausschließen, eine Überschreitung
der höchstzulässigen Drehzahl verhindern und zusätzliche Kontrollen und Anzeigen
ausführen.
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Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung
gelöst.
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Vorteile Bei der erfindungsgemäßen Programmsteuerung entfällt die
umständliche und zeitraubende Umprogrammierung oder der Austausch und die Bevorratung
von Steuerwalzen. Für die Umstellung auf ein anderes Programm ist nur der Austausch
eines Programmsteckers, der billig, klein, leicht zu kennzeichnen und zu handhaben
ist, notwendig. Dieser kann ohne nennenswerten Aufwand mit zusätzlichen Codierungen
zur Steuerung von Einrichtungen versehen werden, die bewirken, daß der Antrieb nur
läuft, wenn der zum Werkzeug gehörende Programmierstecker eingesetzt ist und die
Maschine stillsetzen, wenn die höchstzulässige Drehzahl derselben überschritten
wird.
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Beschreibung der Erfindung Die Erfindung wird nachstehend anhand von
Zeichnungen für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen Figur
1 ein Blockschaltbild für den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Programmsteuerung,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für einen Drehwinkelgeber, Figur 3 ein Ausführungsbeispiel
für eine Vergleichsschaltung zur Feststellung der Übereinstimmung zweier Codierungen,
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für eine Drehzahlüberwachungseinrichtung, Figur
5 ein Ausführungsbeispiel für einen Zeitbasisgeber,
Figur 6 Ausführungsbelspiele
für die Programmierung der Dauer der Signale zur Steuerung der Maschine und des
Werkzeuges.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist erfindungsgemäß anstelle
einer Programmwalze ein Drehwinkelgeber 30 mit einer Codierscheibe 25 vorgesehen,
die von einer Welle 26 einer nicht dargestellten Maschine angetrieben wird und über
eine Zweifachlichtschranke 27 Signale an die nachfolgende Schaltung abgibt. Dieser
Drehwinkelgeber 30 wird nur einmal an der Maschine angebracht und braucht später
weder umgestellt, noch ausgetauscht zu werden.
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Die Ausgangssignale der Zweifachlichtschranke 27 gelangen über Leitungen
31 und 32 an eine Decodiereinrichtung 33, die dezimale Signale 00 bis 09 sowie 00,
10 und 20, die den jeweiligen Drehwinkel der Welle 26, z.B. vom oberen Totpunkt
einer Presse an gerechnet, an eine Buchsenleiste 34 weitergibt.
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Die Buchsenleiste 34 dient zur Aufnahme eines zu einem Werkzeug 35
gehörenden Programmiersteckers 36, der eine Verdrahtung 37 enthält. Diese wählt
aus der Decodiereinrichtung 33 aus den Signalen 00...20 diejenigen aus, die bei
bestimmten Drehwinkeln der Welle 26 zur Steuerung der Maschine und des Werkzeuges
35 benötigt werden. Über UND-Gatter 38 bis 41 gelangen sie an das'Werkzeug 35 und
die Maschine. Im vorliegenden Beispiel sind es die Signale 08, 11, 15 und 21, die
mit Drehwinkelpositionen der Codierscheibe 25 korrespondieren.
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Signallampen 38a bis 41a zeigen beim Lauf der Maschine nacheinander
an, ob alle Signale eintreffen.
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Das Ausführungsbeispiel für den Drehwinkelgeber 30 nach Figur 2 weist
als Codierscheibe 25 eine Lochscheibe mit Löchern 1 bis 23 auf. Ein Loch 24, welches
sich außerhalb des Teilkreises der übrigen Löcher 1 bis 23 befindet, gibt die Nullstellung
an, die z.B. dem oberen Totpunkt einer Presse zugeordnet ist. Durch die Löcher 1
bis 24 ergibt sich eine Drehwinkelauflösung mit jeweils 150. Es ist jedoch selbstverständlich,
durch eine andere Anzahl von Löchern eine gröbere oder feinere Auflösung des Drehwinkels
vorzusehen.
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Angetrieben von der Welle 26 durchläuft der Rand der Codierscheibe
25 eine Zweifachlichtschranke 27, die die Löcher 1 bis 23 und getrennt das Loch
24 für die Nullstellung erfaßt.
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Als Decodiereinrichtung 33 dient in diesem Ausftihrungsbeispiel ein
30-stelliger Dezimalzähler, der ueber die Leitungen 31 und 32 von den durch die
Locher 1 bis 23 erzeugten Signalen fortgeschaltet und durch das Signal des Loches
24 zurückgestellt wird. Die Stellenzahl der Decodiereinrichtung 33 richtet sich
nach der Anzahl der Löcher der Codierscheibe 25, d.h. nach dem Grad der Drehwinkelauflösung.
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Anstelle des anhand der Figur 2 beschriebenen Drehwinkelgebers 30
ist es natürlich möglich andere Systeme zu verwenden, wie z.B. in dem Katalog der
Firma Gelma, 1972, Seiten 307 bis 307-4 beschrieben, oder mit einem Gray-Code versehene
Scheiben zu benutzen, die in der Fernwirktechnik zur Drehwinkel-Fernübertragung
dienen. Zweckmäßigerweise ist die Decodiereinrichtung 33 so auszubilden, daß sie
die in Figur 1 angegebene Signalfolge von z.B. 00...20 abgibt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist im Werkzeug 35 und im
Programmierstecker 36 je ein fest programmierter Codegeber 45 bzw. 46 enthalten.
Die Ausgänge derselben führen zu einer Vergleichsschaltung 47, die eine Torschaltung
48, die in die Steuerleitungen für die Signale 08, 11, 15 und 21 zum Werkzeug 35
und zur Maschine eingeschaltet ist, nur öffnet, wenn beide Codierungen übereinstimmen.
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Somit ist sichergestellt, daß die Maschine nicht laufen kann, wenn
ein falsches Werkzeug 35 oder ein anderer Programmierstecker 36 eingesetzt ist.
Die Stellenzahl der in die Codegeber 45 und 46 eingegebenen Code richtet sich nach
der Anzahl der vorgesehenen Werkzeuge.
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In dem Ausführungsbeispiel für die Vergleichsschaltung 47 nach Figur
3 ist eine Anzahl von NOXOR-Gattern 49 bis 53 vorgesehen, die eine logische Identisch-Funktion
realisieren und deren Ausgänge an ein UND-Gatter 54 führen. Die Eingänge der NOXOR-Gatter
49 bis 53 liegen an den Codegebern 45 und 46. Diese sind fest verdrahtet und geben
Potentiale L und H an die Vergleichsschaltung 47. Stimmen die Potentiale L und H
beider Codegeber 45 und 46 überein, so gibt das UND-Gatter 54 über den Ausgang 55
ein Freigabesignal an die Torschaltung 48 (Figur 1).
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Programmierstecker
36 ein fest programmierter Codegeber 56 enthalten, dessen Ausgänge einer Drehzahlüberwachungseinrichtung
57 zugeführt werden. Diese erhält außerdem die Signale an den Leitungen 31 und 32
des Drehwinkelgebers 30 und das Signal eines Zeitbasisgebers 58. Der Code des Codegebers
56 entspricht der höchstzulässigen Drehzahl der Maschine für das eingesetzte Werkzeug
35 und wird in der Drehzahlüberwachungseinrichtung 57 mit dem der tatsächlichen
Drehzahl verglichen. Erreicht die Maschine die
durch den Codegeber
56 vorgegebene Geschwindigkeit, dann setzt das Ausgangssignal der Drehzahldberwachungseinrichtung
57 die Maschine über die Torschaltung 48 still.
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Das Ausführungsbeispiel einer Drehzahlüberwachungseinrichtung 57 nach
Figur 4 enthält eine Vergleichsschaltung 59, die im Aufbau der Vergleichsschaltung
47 (Figur 3) entspricht. Die Eingangssignale kommen einerseits über Leitungen 60
vom Codegeber 56 (Figur 1) und andererseits von einem Zähler 61. Die Signale des
Drehwinkelgebers 30 an den Leitungen 31 und 32 gelangen über ein ODER-Gatter 62
an ein UND-Gatter 63, dem das Signal 64 des Zeitbasisgebers 58 (Figur 1) zugeführt
wird, an den Zähler 61.
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Während der H-Periode des Zeitbasissignals 64 wird der Zähler 61 von
den eintreffenden Signalen betätigt und gibt den Zäherstand als Binärcode an die
Vergleichsschaltung 59 weiter. Während der L-Periode des Zeitbasissignals 64 wird
der Zähler 61 zurückgestellt. Stimmt die Stellung des Zählers 61 mit der für die
höchstzulässige Drehzahl überein, dann setzt die Vergleichsschaltung 59 den Flip-Flop
65, der über den Anschluß 68 die Torschaltung 48 (Figur 1) sperrt.
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Zur Anzeige der Drehzahl kann an die Ausgänge des Zählers 61 ein Speicher
67 angeschlossen werden, der eine Ziffernanzeige 68 betätigt. Während der H-Periode
des Zeitbasissignals 64 erfolgt die Eingabe in den Speicher 67 und die Ziffernanzeige
68 und während der L-Periode bleibt der zuletzt gespeicherte Wert erhalten und ist
für diese Zeit an der Ziffernanzeige 68 ablesbar.
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Soll das Ausgangssignal des UND-Gatters 63 an den Zähler 61 bei einer
Codierscheibe 25 nach Figur 2 für 24 Impulse/Umdrehungen
den Leitungen
31 und 32 die Drehzahl der Maschine pro Minute angeben, so muß die H-Periode des
Zeit basissignals 64 1/24 min = 2,5 s betragen. Wird ein geringfügiger Fehler zugelassen,
nach dem diese Periode 2,56 s statt 2,5 s dauert, so läßt sich das Zeitbasissignal
64 besonders einfach mit Hilfe handelsüblicher 4-stufiger Binärteiler 69 und 70
aus der Netzfrequenz von 50 Hz ableiten. Wie Figur 5 zeigt, bewirken die Binärteiler
69 und 70 eine Teilung von je 16/1, so daß sich ein gesamtes Teilungsverhältnis
von 256/1 ergibt.
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Die Einstellung der Dauer der durch die Torschaltung 48 an die Maschine
und das Werkzeug 35 gelangenden Signale kann nach den in Figur 6 angegebenen Ausführungsbeispielen
erfolgen.
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Darin ist zur Verlängerung der Dauer des Signales 08 aus dem UND-Gatter
38 vorzugsweise in den Programmierstecker 36 eine Kippschaltung 71 eingefügt, die
von dem Signal 08 gesetzt wird. Die Verzögerung der Kippschaltung 71 für die Rückkehr
in die Ruhestellung ist so eingestellt, daß ein Signal 08'von gewünschter Dauer
an die Torschaltung 48 gelangt. Die Dauer der Signale läßt sich auch von der Codierscheibe
25 selbst steuern, indem vorzugsweise im Programmierstecker 36 eine Kippschaltung
72 vorgesehen ist, die durch ein erstes Signal, z.B. 01, gesetzt und durch ein zweites
Signal, z.B. 06, wieder in die Ausgangslage zurückgestellt wird. Dadurch steht an
der Torschaltung 48 ein Signal 01/06 für die Zeit an, die die Codierscheibe 25 benötigt,
um von der Drehwinkelposition 1 zur Drehwinkelposition 6 zu gelangen.
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Die Signale 01 und 06 werden UND-Gattern 73 und 74 entnommen, die
wie in den Erläuterungen zur Figur 1 beschrieben, über die Buchsenleiste 34 an die
Verdrahtung 37 des Codiersteckers 36 angeschlossen sind.
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Die Anzahl der Einrichtungen zur Einstellung der Dauer der Signale
zur Steuerung der Maschine und des Werkzeuges richtet sich nach den jeweils erforderlichen
Programmen. Außerdem ist es möglich, derartige Einrichtungen auch außerhalb des
Programmiersteckers vorzusehen.
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An die Ausgänge 00...20 der Decodiereinrichtung 33 kann auch über
eine nicht dargestellte Decodiereinrichtung eine Ziffernanzeige angeschlossen werden,
an der die momentane Stellung der Codierscheibe 25 ablesbar ist.